第8章-离子镀膜1113

第8章离子镀膜离子镀的英文全称IonPlating,简称IP。它是在真空条件下，应用气体放电实现镀膜，即在真空室中使气体或被蒸发物质电离，在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物或其反应物蒸镀在基片上。离子镀把辉光放电、等离子体技术与真空蒸发技术结合在一起，不但显著提高了淀积薄膜的各种性能，而且大大扩展了镀膜技术的应用范围。与蒸发镀膜和溅射镀膜相比较，除具有二者的特点外，还特别具有膜层的附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等一系列优点，因此受到人们的重视。近年来，在国内外得到迅速的发展。8.1离子镀原理结构：热蒸发源，直流负高压，进气管路，。。1.工作原理当真空度抽至10-4Pa的髙真空后，通入惰性气体（Ar），使真空度达到1~10-1Pa。接通高压电源，则在蒸发源与基片之间建立了一个低气压气体的等离子体区。使镀材气化蒸发，蒸发粒子进入Plasma区，与等离子区中的正离子和被激活的惰性气体原子及电子发生碰撞，:其中一部分蒸发粒子被电离成正离子，正离子在负高压电场加速的作用下，到达并沉积在表面成膜；其中一部分获得了能量的原子，也到达表面并沉积成膜。2.成膜机理1）蒸发原子与等离子区中的正离子和被激活的惰性气体原子及电子发生碰撞，成为离子，或获得能量的原子沉积在基片表面上成膜；2）成膜前Ar离子的溅射清洗基片。由于基片处于负高压，Ar+轰击表面溅射清洗表面。3）基片在成膜过程中受到Ar+和被电离的蒸发原子对基片的溅射。必须淀积效应优于溅射剥离效应，沉积的离子原子数n大于被溅射的原子nj，即成膜条件成膜条件分析①只考虑蒸发原子或离子的沉积作用，则单位时间内入射到单位面积上淀积的蒸发原子离子数n可用下式表示式中，μ——淀积原子在基片表面的淀积速率(μm/min）；ρ——薄膜的密度(g/cm3)；M—淀积物质的摩尔质量，NA=6.029×1023，阿伏伽德罗常数。例如，对于Ag，当其蒸发速率为1μm/min时，Ag的则。②溅射剥离效应设离子电流密度为j，则单位时间内轰击到基片表面的离子数ni，溅射率为η，则单位时间内溅射的原子数nj,式中，是一价正离子电荷量（只考虑一价正离子），j是入射离子形成的电流密度。3.离子能量离子的溅射、沉积均与离子能量有关；Vc为衬底阴极所加的负偏压，离子的平均能量为eVc/10。当Vc为1~5kV时，离子的平均能量为100~500eV。这有沉积和溅射作用同时存在。D.G.Teer测出金属的离化率只有0.1~1%。4.中性原子受到碰撞的中性金属粒子的数量大约为金属离子数的20倍；但是，并非所有的高能中性原子都能到达基板。通常，约有70%左右可到达基板，其余30%则到达器壁、夹具等处。这些高能中性原子的平均能量为eVc/22，当Vc为1~5kV时，其平均能量为45~225eV。考虑到粒子间碰撞几率不相同，离子和高能中性原子的能量将在零至数千伏范围内变化，个别粒子的能量也能达到1~5keV。D.G.Teer测出金属的离化率只有0.1~1%。中性能量的原子为离子数的20倍。所以，由于产生了大量高能中性原子，故提高了蒸发粒子的总能量。因此，使得离子镀具有许多优点。5.离子入射到固体表面的三种现象金属离子照射到固体表面上，根据入射的离子能量E值的大小的不同，一般来说可以产生下述三种现象：（1）沉积现象（）（2）溅射现象（）（3）离子注入现象（）。

沉积现象是指照射的金属离子附着在固体表面上的现象，这一现象与离子的动能有关，一般来说，动能小，附着几率越大，获得的沉积速率也高。随着入射离子能量的增加，因离子轰击作用，基片原子即会被溅射出并进入到真空室中，这就是溅射作用。这时已经附着在表面上的部分金属原子当受到后续入射的同种离子的溅射作用后还会重新返回到真空室中。而且，如果入射离子能量再进一步增大时，离子还会注入到表面的原子层中，即产生离子注入现象。离子能量在300eV以下时，沉积现象占优势，Ge沉积量大;但是随着入射离子能量的增加，溅射现象逐渐占优势从而使Ge的沉积量呈减少趋势。从测量Ge厚度来看，当离子能量超过500eV时，Ge膜没有发现沉积。这一能量值，正好与Ge的自溅射产额等于1时的能量相对应。当能量超过900eV时，Ge附着量又呈现增加的趋势，即出现了离子注入现象。表5-15是相应于几种金属成膜时所需的最大临界能量范围。考虑薄膜沉积过程中基片表面的清洁状态时，由于物理吸附气体分子的能量约为0.1~0.5eV，化学吸附气体的能量约为1~8eV。因此，只要恰当地选择离子的照射能量，入射的离子就可以把这两种分子从基片表面上轰击掉，从而达到表面清洁的目的。而且如采用较高能量的离子对固体表面进行照射，不仅会引起基片原子的溅射，而且还能使基片近表面的原子发生离位，产生缺陷等。这些原子的离位和缺陷，对于晶体膜的生长，可作为晶体生长所必需的晶核。同时，随着离子的轰击还会促进表面原子的扩散。因此，束流沉积法与传统的薄膜沉积法相比较，在相同的基片温度下产生晶体生长的条件是容易实现的。特别是在团簇离子束沉积中，沉积粒子更易于在基片表面上移动，这种效果可以认为是表面迁移效果所产生的。离子镀的成膜的粒子与蒸发镀的粒子能量主要区别，蒸发原子直接到达表面，0.1~1eV;离子镀为蒸发离子或高能原子，能量在几百~几千eV。与溅射镀膜，离子轰击靶（阴极）溅射出原子成膜。而离子镀中，离子或中性原子直接在负高压（阴极）成膜。8.2离子镀的特点(1）膜层附着性能好。因为在离子镀过程中，利用辉光放电所产生的大量高能粒子对基片表面产生阴极溅射效应，对基片表面吸附的气体和污物进行溅射清洗，使基片表面净化，而且伴随镀膜过程这种净化清洗随时进行，直至整个镀膜过程完成，这是离子镀获得良好附着力的主要原因之一。另一方面，离子镀过程中溅射与淀积两种现象并存，在镀膜初期，可在膜基界面形成组分过渡层或膜材与基材的成分混合层，Mattox称之为“伪扩散层“，能有效改善膜层的附着性能。（2）膜层的密度高（通常与大块材料密度相同）。离子镀过程中，膜材离子和高能中性原子带有较高的能量到达基片，可以在基片上扩散、迁移。而且膜材原子在空间飞行过程中即使形成了蒸气团，到达基片时也能被离子轰击碎化，形成细小的核心，生长为细密的等轴结晶。在此过程中，高能氩离子对改善膜层的结构，并使之形成接近块材的密度值，发挥了重要作用。也可以说，镀层质量高，主要是由于淀积膜层不断受到正离子轰击，从而引起冷凝物发生溅射，使膜层致密，针孔和空气孔大大减少的缘故。（3）绕射性能好。离子镀过程中，部分膜材离子被离化成正离子后，它们将沿着电场的电力线方向运动，凡是电力线分布之处，膜材离子都能到达。在离子镀中由于工件为阴极，且带负高压，因此，工件的各个表面（包括孔、槽、面向蒸发源或背向蒸发源的表面）都处于电场之中。这样，膜材的离子就能到达工件的所有表面。另外，由于膜材在压强较高的情况下（>1Pa）被电离，气体分子的平均自由程λ比源基之间的距离h小，所以蒸气的离子或分子在它到达基片的路程中将与惰性气体分子、电子及其它蒸气原子之间发生多次碰撞，产生非定向的气体散射效应，使膜材粒子散射在整个工件周围。由于上述原因，离子镀可以在基片的所有表面上淀积薄膜。这是真空蒸发所无法比拟的。(4)可镀材质范围广泛。可在金属或非金属表面上镀金属或非金属材料。如塑料、石英、陶瓷和橡胶等材料，以及各种金属、合金和某些合成材料、敏感材料、高熔点材料等。（5）有利于化合物膜层的形成。在离子镀技术中，在蒸发金属的同时，向真空室通入某些反应性气体，则可反应生成化合物。由于辉光放电低温等离子体中高能电子的作用，将电能变成了金属粒子的反应活化能，所以可在较低温度下形成在高温下靠热激发才能形成的化合物。（6）淀积速率高，成膜速度快，可镀较厚的膜。通常，离子镀淀积几十微米厚的膜层时，其速度较其他镀膜方法快。试验表明：离子镀钛每小时约为0.23㎜，镀不锈钢约为0.3㎜。8.3离子轰击的作用

1.离化率离化率是指被电离的原子数占全部蒸发原子数的百分比例。是衡量离子镀特性的一个重要指标。特别在反应离子镀中更为重要。因为它是衡量活化程度的主要参量。被蒸发原子和反应气体的离化程度对薄膜的各种性质都能产生直接影响。在离子镀中轰击离子的能量取决于基片加速电压，加速电压典型能量值为50~5000eV。离子的平均能量为eVc/10.离子的平均能量为5~500eV.溅射所产生的中性原子也有一定的能量分布，其平均能量约为几个电子伏。在普通的电子束蒸发中，若蒸发温度为2000K，则蒸发原子的平均能量为0.2eV。各种镀膜方法所达到的能量活性系数ε值见表4-2。由表可见，在离子镀中可以通过改变Ui和ni/ne,使ε值提高2~3个数量级。图4-2能量活性系数与离化率、离子平均加速电压的关系（1800K）如离子的平均加速电压较低时,例如Ui=500V，离化率为3*10-3时，离子镀的能量活性系数则与溅射时相同。因此，在离子镀过程中离化率的高低非常重要。图4-2是在典型的蒸发温度时，能量活性系数与离化率和的关系。从该图可看出，能量活性系数与加速电压的关系，在很大程度上受离化率的限制。为了提高离子镀活性系数，通常可通过提高离子镀装置的离化率来实现。几种离子镀装置的离化率值见表4-3所示。

离子镀装置二极型离子镀射频激励型离子镀空心阴极放电型离子镀电弧放电型离子镀离化率0.1~2%10%22~40%60~80%表4-3几种离子镀装置的离化率2.溅射清洗

在薄膜淀积之前的离子轰击对基片表面的作用如下：1）溅射清洗作用。此作用可有效地清除基片表面所吸附的气体、各种污染物和氧化物。如入射离子能量高、活性大，还可与基片物质发生化学反应乃至化学溅射。2）产生缺陷和位错网。3）破坏表面结晶结构。如果离子轰击产生的缺陷是很稳定的，则表面的晶体结构就会被破坏而变成非晶态结构。同时，气体的掺入也会破坏表面的结晶结构。4）气体掺入。低能离子轰击会造成气体掺入表面和淀积膜之中。不溶性气体的掺入能力决定于迁移率、捕获位置、基片温度及淀积粒子的能量大小。一般，非晶材料捕集气体能力比晶体材料强。当然，轰击加热作用也会使捕集的气体释放。在某种工艺条件下，掺入气体量可高达百分之几。5）表面成分变化。由于系统内各成分的溅射率不同，会造成表面成分与整体成分的不同，表面区的扩散对成分有显著影响。高缺陷浓度和高温也会促进扩散。点缺陷易于聚集在表面，缺陷的移动会使溶质发生偏析并使较小的离子在表面聚集。6）表面形貌变化。表面经离子轰击后，无论晶体和非晶体基片的表面形貌，将会发生很大的变化，使表面粗糙度增大，并改变溅射率。7）温度升高。因为轰击离子的绝大部分能量都变成热能。3.粒子轰击对薄膜生长的影响

在离子镀时，一方面有镀材粒子淀积到基片上，另一方面有高能离子轰击表面，使一些粒子溅射出来。当前者的速率大于后者，薄膜就会增厚。这一特殊的淀积与溅射的综合过程使膜基界面具有许多特点。1）首先是在溅射与淀积混杂的基础上，由于蒸发粒子不断增加，在膜基面形成“伪扩散层”。这是一种膜基界面存在基片元素和蒸发膜材元素的物理混合现象。即在基片与薄膜的界面处形成一定厚度的组分过渡层。这种过渡层，可以使基片和膜材料的不匹配性分散在一个较宽的厚度区域内，从而缓和了这种不匹配程度。这对提高膜基界面的附着强度十分有利。直流二极型离子镀、银膜与铁基界面间可形成100nm厚的过渡层。而且负偏压越高，过渡层越厚。2）离子轰击的表面形貌受到破坏，可能比未破坏的表面提供更多的成核位置，即使在非反应系统中成核密度也较高。由于这种特有的微观结构（形貌粗糙、缺陷密度高），加之表面沾污物的清除以及阻碍扩散和反应成核的障碍层的破坏，也将为淀积粒子提供良好的核生长条件。此外，膜料粒子注入表面也可成为成核位置。显然，较高的成核密度对于减少基片与膜层界面的空隙十分有利。无疑，这也是离子镀具有良好附着力的原因之一。3）离子对膜层的轰击作用，对膜的形态和结晶组分也有影响。在蒸发中由于几何阴影效应，峰区的择优生长使淀积膜呈柱状结构，导致岛沟的出现。而离子镀膜时，由于离子的轰击作用，使岛上的粒子向岛沟转移，能消除柱状结晶，减轻阴影效应，而且，随着基片负偏压的增高，轰击基片离子能量也将增加，这种消除结晶的效应就越显著，这时，代之而形成的将是均匀的颗粒状结晶。4）内应力受离子轰击的影响也很明显。内应力是由那些尚未处于一种最低能量状态的原子所产生的。粒子的轰击一方面迫使一部分原子离开平衡位置而处于一种较高的能量状态，从而引起内应力的增加，另一方面，粒子轰击使基片表面所产生的自加热效应又有利于原子的扩散。因此，恰当的利用轰击的热效应或进行适当的外部加热，一方面可使内应力减小，另外，也对提高膜层组织的结晶性能有利。通常，蒸发薄膜具有张应力，溅射淀积的薄膜具有压应力，离子镀薄膜也具有压应力。4.离子镀膜工艺参数为了获得附着力好，镀层均匀的离子镀镀层，选择好离子镀工艺参数十分重要。直接影响离子镀镀层的因素较多，主要包括：气体压力、膜材的蒸发速率、蒸距、基片的电压和电流、基片的几何形状和尺寸以及基片温度等。下面分别讨论这些因素。1)气体压力和膜材的蒸发速率

离子镀工艺过程中气体压力和蒸发速率这两个参数强烈地影响着镀层的物理性能。蒸发速率一般用蒸发源的功率来表示。

气体压力与镀层均匀性的关系如表5-4。当其他条件保持不变的情况下，气体压力从7×10-1Pa增加到3.33Pa时，基片镀层的均匀性可以从0增加到100。

实验证明，当膜材的蒸发速率增大时，基片镀层的均匀性反而会降低。这是由于未散射的非电离原子在基片上沉积，并且沉积在正对蒸发源一面的倾向增大的原故。因此，当膜材蒸发速率增加时，气体压力和其他工艺条件也应随之变化，以保持镀层良好的均匀性。气体压力对于沉积速率和镀层均匀性的影响如图5-6图中曲线表明，欲得到最大沉积速率，气体压力应有一个最佳的范围，气压越高前后两面的镀层越趋于均匀，当达到5.33×10-1Pa后，工件前后面的均匀性几乎处于相同的情况。蒸发速率越小，前后两面镀层越均匀。图5-6平板形基片离子镀过程中沉积速率与气体压力之间的关系条件，电子束功率—镀金时7.2kW，镀不锈钢时6kW，蒸距—140mm；工件电压—2000V。2)蒸发源与基片间的距离

离子镀对气体压力的变化是较为敏感的。

为了使基片的前面和背面的镀层厚度均匀，一般不采用增加气体压力的方法，而是采用增加蒸发源到基片间距离的方法。图5-7为基片前面和背面镀层厚度的比率与蒸发源到基片间的距离的关系。该试验是在氩气压力为4.3×10-1Pa、空心阴极等离子电子束功率为5.lkW、基片直流电压为2kV的304号不锈钢膜材上进行的；

图5-7表明，当蒸距为200mm以上时，即已达到所希望的膜厚均匀牲。可见，镀层的均匀性可从适当增加蒸距的距离中获得。如果在实际应用中，对镀层的均匀性要求不高时，则可以采用较高的沉积速率。在通常情况下，当气体压力增加时，沉积速率下降，但镀层的均匀性将得到改善。而气体压力下降，沉积速率会增加，但会导致镀层均匀性的下降。3）沉积速率沉积速率是确定工艺过程的生产能力和沉积性能的重要因素。试验证明，沉积速率与电子束功率、蒸距、气体压力以及膜材种类和尺寸等许多因素有关。用热丝电子束来蒸发任何特定材料时，在蒸距以及气体压力保持不变的情况下，影响沉积速率的决定因素是电子束功率，也就是电子束的电压和放电电流。图5-9是在蒸距及膜材毛坯规格不变的情况下，不同材料和不同电子束功率时的不同的沉积速率。镁的曲线表明，只要在电子束功率方面发生很小的变化，就能在沉积速率方面获得很大的变化。钨的特性则相反，即或在很大的电子束功率下也只能获得较低的沉积速率。6.4离子镀的类型根据膜材不同的气化方式和离化方式，可构成不同类型的离子镀膜方式。靶材的气化方式有：电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热、阴极弧光放电加热等.直流二极型离子镀的结构原理如图4-1所示。其特征是利用二电极间辉光放电产生离子，并由基板上所加的负偏压对离子加速。按巴邢定律和气体放电理论，其辉光放电的气压只能维持在。由于工作压强较高，故对蒸镀熔点在1400℃以下的金属如等多采用电阻加热式蒸发源。如用电子束蒸发源，必须利用压差板把电子枪室和离子镀膜室分开，并采用两套真空系统，以保证电子枪工作所需的高真空度。1.直流二极型离子镀直流二极型离子镀的放电空间电荷密度较低，阴极电流密度仅0.25~0.4，离化率较低，一般为百分之零点几，最高也只有2%。用它镀制的膜层均匀、具有较好的附着力和较强的绕射性，设备也比较简单，镀膜工艺容易实现，可用普通的镀膜机改装，因此目前仍具有较强一定的实用价值。其缺点是由于轰击粒子能量大，对形成的膜层有剥离作用，同时会引起基片的温升，结果使膜层表面粗糙，质量差，另外，由于工作真空度低会对膜层造成污染，特别是辉光放电电压和离子加速电压不易分别调整，因此工艺参数较难控制。2.三极和多阴极型离子镀利用热阴极6发射大量热电子，在收集极4的作用下横向穿过蒸发粒子流，发生碰撞电离。和二极型相比，三极型的离化率可明显提高，基板电流密度可提高10~20倍。多阴极型是把被镀基片作为阴极（主阴极），在其旁侧配置几个热阴极（多阴极），利用热阴极发出的电子促进气体电离，实际上是在热阴极与阳极的电压下维持放电，见图4-6。因这种方式可在低气压下维持放电，故可实现低气压下的离子镀。这两种方式也属于直流放电型，是二极型的改进。在直流放电离子镀中，将低能电子引入等离子区中的平均自由程增加，则可显著地提高蒸镀粒子的离化效果。

由于主阴极（基板）上所加的维持辉光放电的电压不高，而且多阴极灯丝处于基板四周，扩大了阴极区，改善了绕射性，减少了高能离子对基板的轰击作用。从而避免了二极型离子镀溅射严重、成膜粗糙、升温快而且难以控制的缺点。由于在低气压下也可以维持稳定的放电，比二极型的真空度高一个数量级，所以镀膜质量好，光泽而致密。同时，因低能电子的引入使离化率有较大提高，可达10%左右。这种镀膜方式已成功地用于活性反应离子镀上，并在手表外壳上得到了较为理想的TiN镀层。另外，通过调节多阴极灯丝的负电位，可调节其接收的离子量，从而调节到达基片的离子数量，这也有利于控制基片的温度。如果基片为绝缘体，也可通过多阴极灯丝的电子发射消除基片上的电荷积累，使镀膜工艺得以进行。因此，多阴极式扩展了离子镀的应用领域。3.活性反应离子镀在离子镀过程中，若在真空室中导入能和金属蒸气反应的气体，如等代替Ar或将其掺入Ar气中，并用各种放电方式使金属蒸气和反应气体的分子、原子激活离化，促进其间的化学反应，在基片表面上就可获得化合物薄膜。这种装置的蒸发源通常采用“e”型枪。真空室结构分上下两室，上面为蒸发室，下面为电子束源的热丝发射室，两室之间设有压差孔，由电子枪发射的电子束经压差孔偏转聚焦在坩埚中心使膜材加热蒸发。采用这种枪既可加热蒸发高熔点金属，又为激活金属蒸气粒子提供了电子，为高熔点金属化合物的制备提供了良好的热源。

选择不同的反应气体，可得到不同的化合物薄膜。ARE法镀膜的特点是：1)基片加热温度低。由于电离增加了反应物的活性，故容易在较低的温度下获得附着力良好的碳化物、氮化物等膜层。若采用了CVD法，基板则要加热到1000℃左右。2)可在任何基材上制备薄膜，如金属、玻璃、陶瓷、塑料等，并可获得多钟化合物膜，这是ARE离子镀的一个十分显著的特点。3)淀积速率高。每分钟可达数微米，比溅射淀积速率至少高一个数量级，而且可制备厚膜。4)调整或改变蒸发速度及反应气体的压力，可十分方便地制取不同性质的同类化合物。5)清洁无公害。4.射频离子镀这种离子镀技术放电稳定，能在髙真空下镀膜。因为采用了射频激励方式，所以被蒸镀物质气化发展的离化率可达10%左右，工作压力一般为10-1-10-3Pa，仅为直流二极型的1%，一般射频线圈为7圈，高度为7㎝，用直径3㎜的铜丝绕制而成，安装在蒸发源和基板之间，基板与蒸发源的距离为20㎝，射频频率为13.56MHz或18MHz，功率多为1~2kw,直流偏压为0~-1500V。射频离子镀的特点是：1）蒸发、离化和加速三种过程可分别独立控制；离化率介于直流放电型与空心阴极型之间。2）在10-1-10-3Pa的髙真空下也能稳定放电，且离化率高，镀层质量好。3）易进行反应离子镀膜。4）和其它离子镀相比，基片温升低，且容易控制。但是，这种方法由于工作真空度较高，故镀膜的绕射性差，射频对人体有害，应进行屏蔽盒防护。//除此以外，还有磁控溅射离子镀、真空电弧离子镀、空心阴极离子镀装置等。目前，离子镀技术已在制备敏感、耐热、耐磨、抗蚀和装饰薄膜等方面，得到日益广泛的应用。5、空心阴极放电离子镀空心阴极放电离子镀(HollowCathodeDischarge)技术(简称HCD法)是在空心热阴极离子电子束技术和离子镀技术的基础上发展起来的一种薄膜沉积工艺。该技术从1972年Moley和Smith首创后，目前已成功地用于装饰、刀具、模具、超高真空部件等特种镀层工艺中。1）空心阴极放电离子镀的原理及特点

空心阴极放电离子镀，是利用空心热阴极放电产生等离子电子束对膜材熔化，使其蒸发电离而进行制备薄膜的。它是由真空镀膜室、真空系统、充气系统、真空和膜厚测量、电气控制及电源等几部分所组成。装置的主体部分真空镀膜室是由一个水平放置的HCD枪、水冷铜坩埚和加负电位的转动工件架和沉积基体等构件所组所。HCD枪发射的等离子电子束经聚焦后在偏转磁场作用下偏转90°，在坩埚集束磁场作用下使束径收缩聚焦于坩埚之中。图5-18HCD离子镀装置示意图1-阴极钽管

2-空心阴极

3-辅助阳极

4-测厚装置

5-热电偶

6-流量计7-收集极

8-基片

9-抑制栅极

10-抑制电压（25v）

11-样品偏压12-反应气体入口

13-水冷钢坩埚

14-真空机组

15-偏转聚焦极

16-主电源空心阴极放电离子镀的特点是：

①离化率高，带电粒子密度大，而且具有大量的高速中性粒子。在HCD离子镀装置中，等离子体电子束不仅是热源用来气化膜材，而且在金属蒸气通过等离子体电子束区域时，受高密度电子流中的电子碰撞而使膜材蒸气离化。因此空心阴极枪即是膜材气化的热源又是蒸发粒子的离化源。HCD枪发出的是数十电子伏，数百安培的电子束。由气体放电理论可知，能量为50~150eV的低能电子原子碰撞电离的效率比能量为kev的高能电子要高1~2个数量级，其电子束流又比其他离子镀方法高100倍，因此HCD法中的离化率可达到22～40％，其离子流密度可达（1～9)×1015离子/cm2·s。比其他离化方式高1~2个数量级，同时，在蒸镀过程中含有大量的高速中性粒子，其数量也比其它离子镀方法中高2～3个数量级。②HCD枪采用低电压、大电流。电源可采用一般电焊整流源或自耗炉、喷涂、喷焊整流电源，设备及操作均较简单、安全，成本低廉。其电子束的功率密废每平方厘米约为0.1兆瓦。仅决于高压电子枪的功率密度。

③HCD法的工作压力范围较宽（10~10-2Pa)，不象ARE法中高压电子枪所要求的必须采用压差排气。由于HCD的通常工作压力在1~10-1Pa范围内，在此压力下，因蒸发源受气体分子的散射效应及HCD法中离化率高，离子可被基片负电位吸引，因此具有很好的绕射性，易使膜层均匀。6.电弧离子镀电弧离子镀是一种十分广泛，效率高,性能好的镀膜技术。电弧离子镀是由美国Multi-Arc公司和Vac-Tec公司，联合开发,目前已达到工业实用化阶段。电弧离子镀的原理圆板状阴极从背后用水强制冷却。在弧光蒸发汽周围设置磁场线圈，引弧电极安装在永久磁铁的回转轴上，磁场线圈中无电时，电极被复位弹簧压向阴极；DC电源加电在阴极阳极之间形成电场，同时阴极基片上加上一定的电压.在需要起弧时，给磁线圈通电，作用于永久磁铁的外力使轴回转，引弧电极从阴极表面上离开，在与靶分离时所产生的火花实现引弧，实现弧光放电。电弧离子镀的原理是基于冷阴极真空弧光放电理论，认为放电过程是借助于场电子发射和正离子发射。在放电过程中，引弧后，由于表面场的作用，阴极局部阴极表面功函数小的点开始发射电子，个别发射电子密度高的点产生高密度的电流，该电流产生的焦耳热使该点温度上升而进一步发射热电子。由于局部电流产生的焦耳热，使阴极材料在此局部产生爆炸性等离子化而发射电子和离子，然后留下放电疤，同时放出熔融的阴极材料粒子。发射的离子中的一部分在阴极表面附近再次形成空间电荷层，产生强电场，使新的功函数小的点开始发射电子。这个过程反复进行，弧光辉点在阴极表面上激烈地、无规则地运动，弧光辉点过后，在阴极表面上留下分散的放电疤。放电开始，多数弧光辉点在阴极上高速运动，电子和高度离子化的高能阴极材料的原子以等离子束形式放出，其分散情况由圆维阳极的顶角决定。离子同时受到加在阴极与基片之间的电压加速，打在基片，并沉积在基片上。起辉后，弧光辉点在阴极表面上激烈地、无规则地运动，弧光辉点过后，在阴极表面上留下分散的放电疤，理论和实验证实，阴极辉光的数量一般与电流成正比增加，每一个辉点的电流是常数，并随阴极材料不同而异。阴极材料阴极辉点电流（A）Bi3~5Cd8Zn20Al30Cr50Ti70Cu75Ag60~100Fe600~100Mo150C200W300不同阴极材料阴极辉光点的平均电位密度上述阴极辉光极小，测定为1~100μm，所以辉点内的电流密度值可达105-107A/cm2，这些辉点犹如很小的发射点，每个点的持续时间